Yeni fotosentez çeşidi bulundu

Bitkiler ve siyanobakteriler, ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürmek için klorofil zengini foto-sistem kompleksleri kullanır.

Bu canlıların büyük bölümü, fotosentez sürecinde görünür kırmızı ışık kullanır; ama yeni keşfedilen bir fotosentez tipinde kızılötesine yakın ışık kullanılıyor.

Yellowstone’daki bakteriyel örtülerdeki ve Avustralya’daki kumsal kayalarındaki gibi gölgeli koşullarda bulunup,  kızılötesine yakın ışıkta büyüyen geniş bir yelpazedeki siyanobakterilerde (mavi-yeşil alg), bu fotosentez tipine rastlandı. Bilimciler ayrıca Imperial College London’daki kızılötesi LED bulunan bir dolapta da bunun gerçekleşebildiğini saptadılar.

Keşif, fotosentezin temel mekanizmasına ilişkin kavrayışımızı değiştiriyor; dolayısıyla ders kitaplarının baştan yazılması gerekecek. Ayrıca dünya dışı yaşam arayışımızı da şekillendireceği ve ışığın daha uzun dalgaboylarından yararlanan daha verimli ekinleri nasıl yapabileceğimiz konusunda ipuçları vereceği düşünülüyor.

Science dergisinde yayımlanan bir makale ile ayrıntıları paylaşılan bu keşif, BBSRC desteğiyle Imperial College London liderliğinde gerçekleştirildi. Canberra’dan ANU, Paris ve Saclay’dan CNRS ve Milano’dan CNR bilimcileri de araştırmaya katkıda bulundu.

Kırmızı Sınırın Ötesindeki Fotosentez

Neredeyse evrensel gibi görünen standart fotosentez, hem ışığı toplamak hem de ışığın enerjisini yararlı biyokimyasallar ile oksijen yapmak amaçlı kullanmak için yeşil pigmenti kullanır: Klorofil-a. Bu pigmentin ışığı soğurma yolu, fotosentez için sadece kırmızı ışığın kullanılabileceği anlamına gelir.

Klorofil-a pigmenti bildiğimiz tüm bitkilerde, alglerde ve siyanobakterilerde bulunduğu için kırmızı ışığın enerjisinin fotosententeze “kırmızı limiti” koyduğu düşünülüyordu. Yani oksijen üreten gerekli kimyayı gerçekleştirmek için gereken minimum enerji miktarının bu olduğu düşünülüyordu. Kırmızı limiti, başka yıldız sistemlerindeki gezegenlerde karmaşık yaşamın belirmiş olma olasılığını değerlendirmek için astrobiyolojide kullanıldı.

Ancak, kızılötesine yakın ışık koşullarında büyüyen siyanobakterilerde, standart klorofil-a içeren sistemler kapalı olurken, açık olan farklı fotokimyasal sistemlerde farklı bir tür klorofil hüküm sürüyor: Klorofil-f. Şimdiye dek, klorofil-f’nin sadece ışığı toplamaya yaradığı düşünülüyordu. Yeni araştırma, gölgeli ortam koşullarındaki fotosentezde kolorofil-f’nin kilit rol oynadığını ortaya koydu. Karmaşık kimyayı gerçekleştirmek için düşük enerjili kızılötesi ışık kullanıyor. Yani “kırmızı limitin ötesinde” bir fotosentez yapmayı başarıyor!

Zarar Görmüyor

Aslında Acaryochloris adlı bir başka siyanobakterinin, kırmızı limitin ötesinde fotosentez yapabildiği daha önce keşfedilmişti. Fakat çok özel bir yaşam alanı olan tek bir türde gerçekleştiği için bunun tek seferlik münferit bir olay olduğu düşünülmüştü. Derin deniz organizmaları, ışık izgesindeki tüm dalgaboylarını almadıklarından, daha uzun dalgaboylu fotonlardan yararlanmaya uyumlanabilir. Acaryochloris, omurgasız bir hayvan olan bir yeşil deniz fıskiyesinin altında yaşar. Deniz fıskiyesi, görünür ışığın çoğunu gölgeleyerek, siyanobakteriye sadece kızılötesine yakın dalgaboylarındaki ışığın ulaşmasına izin verir.

Yeni rapor edilen klorofil-f temelli fotosentez, yaygın olan üçüncü tip fotosentez oluyor. Ancak, bu sadece kızılötesi bakımından zengin olan gölgeli koşullarda kullanılıyor; normal ışık koşullarında fotosentezin standart kırmızı biçimi kullanılıyor.

Kırmızı limitinin ötesinde ışık hasarının çok daha şiddetli olacağı düşünülüyordu. Ama yeni tamamlanan çalışma bunun durağan, gölgeli ortamlarda bir sorun yaratmadığını gösterdi. Bu siyanobakterilerin kendilerini zarar görmekten nasıl koruduklarının anlaşılması, daha verimli ekinlerin yetiştirilmesine kapı aralayabilir